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g y u t a 의 테크닉 강화기-외전
Gear up Technic . #2.5
레고 테크닉 헬리콥터 이야기
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오늘은 레고 테크닉 헬리콥터와
관련된 이야기를 해볼까 합니다.^^
위 원본 잡기 기사에는 같이 실려있던
내용이었지만, 일반 분들은 그닥
재미 없어 하실 내용이라
개조기를 올릴 때는 제외한 부분이 있었습니다.
하지만 그냥 버려두기에는 아까운 내용이라
아래 개조기에서 빠졌던 재미없는(?)
부분을 따로 뽑아 포스트 해보고자 합니다.
혹시 재미있어 하실지도 모를
테크닉 매니아님들을 위해...^^
개조기가 궁금하신 분들은 아래 포스트를 참고하세요
http://gyuta97.blog.me/221146310659
위 포스트에서 소개한 모델은 2016년 상반기에 출시된
42052 헤비 리프트 헬리콥터 (Heavy Lift Helicopter) 입니다.
이름을 통해 쉽게 알수 있듯이 이 제품은
화물 수송 헬리콥터를 모티브로 디자인되었습니다.
국내 출시 가격은 179,900원이고
부품수는 1042개로 그렇게 많은 편은 아니지만
외형이 패널로 이루어져 있어 상당한 볼륨감을 자랑합니다.
우선 제품의 외형을 살펴 보면 마치
아빠와 엄마 양쪽을 절묘하게 닮은 아이처럼,
미국의 시콜스키 MH-60 Jayhawk와
러시아의 카모프 Ka-32
두 헬리콥터의 모습이 엿보입니다.
└시콜스키 MH-60 Jayhawk
└카모프 Ka-32
헬리콥터의 앞부분은 시콜스키를 연상시키며
뒷쪽은 카모프의 모습을 빼다 박았습니다.
제품에는 하나의 모터가 들어 있으며
이 모터를 이용하여 동축반전 로터를 구동합니다.
동축반전 로터란
다음 그림처럼 하나의 회전 축 위에
서로 반대 방향으로 회전하는
회전 날개 두 개가 위치한 로터를 말합니다.
일반적인 헬리콥터는 다음 그림처럼
기체 상단의 메인 로터가 A라는 힘으로 회전할 때
이에 대한 반력 A’가 발생하여
기체가 반대로 회전을 하게 됩니다.
그래서 이를 막기 위해 꼬리에
보조 로터를 달아 A’를 상쇄시키는
힘 B를 만들어 줍니다.
반면 동축반전 로터는 두 개의 로터
a와 b가 서로 반대 반향으로 회전하여
서로의 반력을 상쇄시켜주기 때문에
보조 로터가 없이도 기체가 회전하지 않고
안정적인 상태를 유지할 수 있습니다.
◎ 테크닉 헬리콥터의 계보와 주요 메커니즘
다음으로
지금껏 발매된 테크닉 헬리콥터 시리즈에는
어떤 메커니즘들이 들어 있었는지 살펴 보겠습니다.
출처: http://www.technicopedia.com/
테크닉 시리즈의 헬리콥터는
1977년에 발매된 852 테크닉 헬리콥터를 시작으로
지금 리뷰를 하고 있는 42052 헤비 리프트 헬리콥터까지
지난 39년간 스무 가지가 넘는 크고 작은
테크닉 헬리콥터 모델이 출시되었습니다.
『콜렉티브 피치』
그런데 처음 선보였던 852 테크닉 헬리콥터에
콜렉티브 피치(Collective pitch) 메커니즘이
구현되어 있다는 점이 눈길을 끕니다.
└ 최초의 테크닉 헬리콥터 852 (1977년)
콜렉티브 피치가 무엇인지 알아보기 위해
먼저 헬리콥터 로터의 구조와 헬리콥터가
움직이는 원리를 잠깐 살펴보도록 하겠습니다.
다음 그림과 같이 로터는 크게
회전 날개, 피치 암, 경사판 등으로
구성되어 있고 경사판을 움직여
회전 날개의 피치 각도를 조절 할 수 있습니다.
└ 회전 날개 피치 조절 및 콜렉티브 피치
경사판의 높이를 조절하여 모든 회전 날개의 피치 각도를
동일한 양만큼 조절하는 것이 콜렉티브 피치입니다.
위 그림과 같이 경사판을 수직으로 밀어 올리거나
끌어 내리면 모든 회전 날개의 피치 각도가 동일하게 변화합니다.
이렇게 콜렉티브 피치를 조절하면
모든 날개에 걸리는 양력이 균일하게 변화하기
때문에 콜렉티브 피치는 헬리콥터가 승강 및
하강하는 것처럼 수직적인 움직임을
제어하는데 사용합니다.
◀ 참고 ▶
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이 콜렉티브 피치 메커니즘은 852 후로
한동안 사용되지 않다가 무려 35년이 지난
2012년에 발매된 9396 헬리콥터를 통해
다시 접할 수 있게 되었습니다.
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『싸이클릭 피치』
그렇다면 전후좌우 수평 방향으로는
어떻게 움직일 수 있을까요?
많은 사람들이 아래 그림의 A와 같이
로터 회전면의 각도를 바꾸어
회전면이 기울어진 방향으로
이동한다고 생각합니다.
반은 맞고 반은 틀린 말이기도 합니다.
우선 로터의 회전면을 기울여
수평으로 움직이는 것은 맞습니다.
하지만 A처럼 어떤 기계적 링크를 이용하여
직접적으로 회전면의 각도를 바꾸는 것이 아니라
B와 같이 회전 날개에서 발생하는 양력의 분포를 바꾸어
회전면의 각도를 바꾸게 됩니다.
이때 회전 날개에서 발생하는
양력의 차이를 만들어 주는 방법이 바로
싸이클릭 피치(Cyclic pitch)입니다.
경사판을 수직 방향으로 조작하는 콜렉티브 피치와 다르게
싸이클릭 피치는 경사판을 진행하고자 하는 방향으로 기울여줍니다.
로터의 회전면과 경사판의 회전면이 다르기 때문에
기울어진 경사판 위에서 피치 암이
움직이는 동안 피치 각도가 지속적으로 변화합니다.
경사판 위의 위치 A,B,C,D 를 기준으로
피치암의 위치에 따른 피치각의 변화를
그려보면 그림-5 하단의 그래프처럼 주기적으로 변화하기
때문에 이것을 싸이클릭(주기) 피치라고 부릅니다.
사이클릭 피치는 특정 위치에서만 양력을 변화시켜 주기 때문에
헬리콥터는 양력 차이가 생기는 방향으로 움직이게 됩니다.
회전 날개가 A와 C에 위치할 때 최고 양력 변화가 발생하므로
헬리콥터는 B에서 D 방향으로 이동하게 됩니다.
◀창작품 소개 ▶
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도전을 좋아하는 창작가들에게
사이클릭 피치 메커니즘은 좋은 창작 목표입니다.
‘쉬포(Sheepo)’라는 별명을 사용하는
스페인의 유명한 테크닉 창작가 페르난도는
동축반전 로터에 컬렉티브 피치, 사이클릭 피치가 구현된
카모프 Ka-32를 만들어 냈습니다.
자신의 홈페이지에서
조립 설명서를 무료로 배포 중이니
관심 있는 분들은 이 창작가의 홈페이지를
한번 방문해 보기 바랍니다.
(쉬포 홈페이지 http://www.sheepo.es)
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그런데 앞선 설명에서 뭔가
이상한 점을 눈치 챈 분들이 있을까요?^^
그림을 보면 최대 양력은
헬리콥터의 좌우 방향(A,C)일 때 발생 하는 데
실제 헬리콥터는 앞으로(B→D) 움직인다고 설명하였습니다.
바람도 기압이 높은 곳에서 낮은 곳으로,
물도 높이가 높은 곳에서 낮은 곳으로 흘러가는데
이 로터는 좌우 방향에서 양력이 차이가 발생하는데
왜 앞뒤 방향으로 이동하게 될까요?
『자이로스코픽 프리세션』
그 이유는 회전하는 물체에서 발생하는
자로이스코픽 프리세션(Gyroscopic Precession)
현상 때문입니다.
이 현상은 위 그림처럼 회전하는 물체의
A지점에 힘을 주면 실제 힘은 회전방향으로 90도 돌아간
지점인 B방향에서 작용한다는 원리입니다.
헬리콥터 회전 날개 역시 빠른 속도로
회전하고 있는 회전체이므로 이 원리가 적용되어
회전날개에서 발생하는 양력이 실제로는
회전 방향으로 90도 지난 지점에 작용하게 됩니다.
따라서 헬리콥터가 앞으로 이동하기 위해서는
위그림 A와 같이 좌우로 양력이 변하도록
싸이클릭 피치를 조정해야 합니다.
그리고 옆으로 움직이기 위해서는 B와 같이
앞뒤로 양력이 변하도록 조종해 주어야 합니다.
◀실험1▶
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혹시 집에 스피너를 가지고 있다면
간단하게 이 현상을 쉽게
손으로 느껴볼 수있습니다.
한번은 A처럼 스피너를 그대로 둔상태로
또 한번은 B처럼 스피너가 회전하고 있는 상태에서
스피너를 좌우로 기울여 보세요.
A와 B의 차이점이 느껴지시나요?
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『 약식 싸이클릭 피치』
레고 테크닉 헬리콥터 시리즈에
콜렉티브 피치 메커니즘은 구현되었지만
아쉽게도 이 싸이클릭 피치 메커니즘은
아직까지 구현된 적이 없습니다.
그 대신 아래그림의 A처럼 조종간을 움직이면
로터의 회전면을 직접 기울이게 하는
일종의 약식 싸이클릭 메커니즘이 구현되어 있습니다.
이 메커니즘은 1992년 출시된
8856 헬리콥터에 처음 적용되었고
이후로도 8412, 8444에 다시 사용되었습니다.
이 약식 싸이클릭 메커니즘은
많은 레고 마니아들로 하여금
헬리콥터는 로터 회전면을 직접 기울여서
이동한다고 착각하게 만든 장본인이기는 하지만
그렇게 터무니없는 설정은 아닙니다.
싸이클릭 피치 상태에서
로터에 걸리는 양력 분포의 차이로 인해
위 그림 A와 같은 모양으로 로터의 회전면이
실제로 약간 기울어집니다.
또 한편으로 테크닉 디자이너의 입장에서 보았을 때
약식 메커니즘을 사용하면 온전한 싸이클릭 피치를
구현하는 것보다 제품의 크기도 작아지고 조
종간을 움직였을 때 더욱 드라마틱한 움직임을
보여 줄 수 있으니 이는 당연한 선택이라 생각됩니다.
( 사실 로터가 회전하면 싸이클릭
피치 움직임은 거의 보이지 않습니다.)
『테크닉 헬리콥터의 기믹들』
테크닉 헬리콥터에는
이렇게 컬렉티브 피치와 싸이클릭 피치
두 가지 주요 메커니즘 이외에도
여러 재미있는 기능들이 적용되었습니다.
기본적으로 메인 로터와 테일 로터가 동시에 회전하는 기능은
대부분의 제품에서 구현 되었고 랜딩 기어가 수납되
고 윈치가 동작하는 기능들도 여러 번 등장하였습니다.
8856 테크닉 헬리콥터와 같은 경우
별매품인 8720 레고 모터와 결합하여 전기의 힘으로
로터를 구동하는 개념을 제시하기도 했습니다.
또한 8485 같은 기발하고 재미있는 모델도 있었습니다.
헬리콥터가 메인 모델이지만 우리나라에서는
테크닉 공룡세트라는 이름으로 소개되었습니다
(B모델이 공룡 ^^).
세 개의 모터를 이용하여 헬리콥터의
자세를 바꾸는 메커니즘이 들어 있어
실제 헬리콥터를 조종하는 기분을
느낄 수 있습니다.
그리고 9396 테크닉 헬리콥터에서는
기어 시프트 링을 이용하여 하나의 동력원으로부터
네 가지의 동작을 할 수 있는 동력 전달 메커니즘이
처음 적용되었습니다.
마지막으로 지금 리뷰를 하고 있는
42052 헤비 리프트 헬리콥터에 이르러서는
9396의 동력 전달 메커니즘을 계승하면서
동축반전 로터 메커니즘과 동체 하부에 화물 도어를
열고 닫는 두가지 새로운 기능을 적용하였습니다.
그리고 디자인 측면에서도
최신 트렌드를 잘 반영하였습니다.
신형 패널들을 대거 사용하여
테크닉이라 하면 떠오르던 골격과
외곽선 위주의 앙상한 형태에서 탈피하여
매끈하고 세련미 넘치는 모습을 선보이며
테크닉 헬리콥터의 디자인의 새로운
방향을 제시하였습니다.
앞으로 차세대 모델에서는
완전한 싸이클릭 피치 메커니즘이
적용되기를 기대해 봅니다.
(언젠가는 실제 날아오르는
테크닉 헬리콥터를 만나는 날이 올까요?^^)
◀돌발 퀴즈~▶
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다과상 같은 조그만 탁자 위에
팽이를 회전시켜 놓습니다.
그리고 아래 그림과 같이 탁자를
한쪽 방향으로 아주 천천히 기울여 봅니다.
이때 이 팽이는 어느 방향으로 움직일까요?
힌트: 자이로스코픽 프리세션 원리를 떠올려 보세요.
(정답은 다음 호 기사에...)
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42052 개조방법이 궁금하시다면
다음 포스트를 참고하세요.
http://gyuta97.blog.me/221146310659
FIN.
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